스핀 (물리학) 문서 원본 보기

{{위키데이터 속성 추적}}
{{양자역학}}

[[파일:"Father" and "Mother" of the series "Spin Family".jpg|섬네일]]
'''스핀'''({{lang|en|spin}})은 [[양자역학]]에서 [[입자]]의 운동과 무관한 고유 [[각운동량]]이다.<ref>김상욱. [http://www.dongascience.com/news/view/6167 빨간 약을 먹으면 양자세계가 사라질까?]. 동아사이언스. 기사입력 2015년 2월 17일. 최종편집 2015년 2월 22일.</ref><ref>김상욱. [https://n.news.naver.com/mnews/article/002/0002019813?sid=103 '최순실'보다 "숨 막히는" 이야기]. 프레시안. 2016년 10월 31일.</ref> 예를 들어, [[전자]]는 스핀 양자수 1/2, [[광자]]는 스핀 양자수 1을 갖는다. 어원과는 달리, 실제로 입자는 어떤 축을 중심으로 고전적으로 회전하지 않는다.

[[드 하스 아인슈타인 실험]]에서 외부 자기장으로 스핀을 정렬시키자 전체 각운동량의 보존 때문에 시스템이 회전하는 현상이 보고되었다.

흔히 공간의 양자화로 부르는 양자화된 입자의 스핀의 양은 [[슈테른-게를라흐 실험]]으로 밝혀낼 수 있게 되었으며, 비균일 자기장에 대해 불연속적인 반응을 주는 내부 인자를 가리킨다.

== 역사 ==
1924년에 [[볼프강 파울리]]는 [[알칼리 금속]]의 [[방출 스펙트럼]]의 [[제이만 효과]]를 연구하던 도중 [[파울리 배타 원리]]를 발견하였다. 이 원리에 따르면 두 전자는 같은 양자 상태에 존재하지 않는다. 그러나 실험 결과에 따르면 [[양자수]]가 같은 두 개의 전자가 존재했으므로, 파울리는 기존에 알려진 양자수 이외에 아직 알려지지 않은, +와 −의 값을 가지는 또다른 양자수의 존재를 예측하였다.
<ref>{{저널 인용|성=Pauli|이름=Wolfgang|저자링크=볼프강 파울리|제목={{lang|de|Über den Einfluß der Geschwindigkeitsabhängigkeit der Elektronenmasse auf den Zeemaneffekt}}|저널={{lang|de|Zeitschrift für Physik}}|권=31|호=1|쪽=373–385|연도=1925|doi=10.1007/BF02980592}}</ref>
1925년에 조지 윌렌벅({{lang|nl|George E. Uhlenbeck}})과 사뮈엘 하우드스밋({{lang|nl|Samuel Goudsmit}})이 파울리가 가정한 미지의 양자수를 전자의 기본 [[각운동량]]으로 해석하였다.
<ref>{{저널 인용|저자=George E. Uhlenbeck, Samuel Goudsmit|제목={{lang|de|Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons}}|저널={{lang|de|Die Naturwissenschaften}}|연도=1925|월=11|권=13|호=47|쪽=953–954|doi=10.1007/BF01558878}}</ref>

== 스핀-자기장 상호작용 ==
파울리는 처음에 입자의 스핀과 자기장 간의 상호작용을 설명하기 위해서 다음과 같은 항을 해밀토니안에 도입하였다.
:<math>H_{int} = -\vec{\mu}\cdot\vec{B} = -\frac{q\hbar}{2mc}\mathbf{\vec{\sigma}}\cdot\vec{B}</math>
<math>\vec{\sigma}</math>는 [[파울리 행렬]]을 성분으로 갖는 파울리 벡터를 의미한다.

이 항을 유도하는 방법은 다음과 같다.<ref>{{저널 인용|last1=Hestenes |first1=David|title=Reforming the Mathematical Language of Physics|저널=American Journal of Physics|연도=2003|월=2|권=71|호=2|쪽=104-121}}</ref> <math>m\vec{v} = \vec{p} - \frac{q}{c}\vec{A}</math>와 함께, [[감마 행렬]] 대신 파울리 행렬을 사용하여 [[디랙 방정식]]과 유사한 형태로 해밀토니안을 세우면,
:<math>H = \frac{(\vec{\sigma} \cdot (\vec{p} - \frac{q}{c}\vec{A}))^2}{2m} + qV</math>
이 된다. 파울리 행렬과 관련된 공식 <math>(\vec{\sigma} \cdot \vec{a})(\vec{\sigma} \cdot \vec{b}) = \vec{a}\cdot\vec{b} + i\vec{\sigma}\cdot(\vec{a}\times\vec{b})</math>을 이용해서 해밀토니안의 식을 풀면,
:<math>H = \frac{(\vec{p} - \frac{q}{c}\vec{A})^2}{2m} + qV - \frac{q\hbar}{2mc} \vec{\sigma}\cdot\vec{B}</math>
을 얻는다.

== 같이 보기 ==
{{위키공용분류}}
* [[RKKY 상호작용]]
* [[회전]]
* [[스핀-통계 정리]]

== 각주 ==
{{각주}}

{{양자역학 주제}}
{{전거 통제}}

[[분류:양자역학]]
[[분류:스핀트로닉스]]
[[분류:물리학 개념]]
[[분류:행렬]]
[[분류:양자장론]]